DOC《河南油田应用富氧燃烧技术过剩空气系数测算》

河南油田应用富氧燃烧技术过剩空气系数测算 HeNan oil-field application rich oxygen combustion the air coefficient of the technique excess measure calculate 杜耀洲 金华中国石油化工股份有限公司河南油田分公司节能监测站 【摘要】:在工业炉窑的节能监测过程中,准确测算燃烧排烟中过剩空气系数,对于评价调试能耗设备经济运行至关重要.

当前相关标准方法关于空气系数的计算公式没有考虑富氧燃烧工况的特殊性、局限性.炉窑富氧燃烧时采用常规空气系数计算公式会造成误差,从而导致对锅炉、加热炉节能监测工作产生影响;

河南油田节能监测站在对油区4处应用富氧燃烧技术的锅炉、加热炉实施测试总结时发现了这些问题,同时对富氧燃烧时过剩空气系数测算公式进行了修正,把常规计算公式中的氧气常数20.9修正为变化的实测富氧浓度;

通过4组测算实例说明了修正公式的准确性、合理性,便于同行和炉窑运行操作技术人员正确的指导燃烧配风调节,促进节能减排工作. 【关键词】:炉窑 富氧燃烧 空气系数 计算修正 中图分类号:TK314 1.引言 空气系数是节能监测过程中评价炉窑等燃烧设备经济运行的一项重要技术指标.在以煤、油、气等常规燃料为能源的锅炉、加热炉、工业炉窑运行燃烧过程中,送入炉膛实际空气消耗量总是大于理论空气需要量.他们两者的比值称为过量空气系数.通常的空气系数测算,是按自然界空气中氧气的常规百分比含量测算的,有关标准中其计算方法按公式①计算【1】. 但是,在富氧燃烧炉窑中过剩空气系数的测算,燃烧用(空气)新风中氧气含量已经改变,如果还按公式①进行测算,必然造成测算偏差,最终影响空气系数的测算结果,影响对设备经济运行优劣的判断评价.为此,在富氧燃烧炉窑的节能监测过程中,过剩空气系数的测算应进行修正. 2.常规空气系数测算 2.1常规公式 在通常燃烧条件下,过剩空气系数的测算,有关专业书籍和标准中采用下列公式: …………① 式中: α――(过剩)空气系数;

20.9――自然环境空气中氧气体积含量,20.9%;

79.1――自然界空气中氮气近似含量,%;

O

2、RO

2、CO ――分别为燃烧产物干烟气中氧气、三原子气体(CO

2、SO2)、一氧化碳气体实测含量,%. 2.2准确测定空气系数的作用 空气系数的准确测定,对于燃烧配风调节非常重要.如图1所示过剩空气系数对理论燃烧温度【2】的影响,α=1时,理论燃烧温度接近2000 ℃,为最佳燃料/空气配比;

但是在通常燃烧条件下,为了使燃料充分燃烧,总是让α>

1,况且对于不同燃料品种和燃烧设备及燃烧方式的不同,国家有关节能监测和炉窑经济运行要求空气系数指标有所不同. 图1 空气系数与理论燃烧温度 例:某4t/h燃煤锅炉节能监测时,实测排烟处O2=11.9%、CO2=7.9%、CO=27ppm,则计算出的过剩空气系数α=2.28;

国标规定过剩空气系数α≤2.2,所以评价该锅炉运行燃烧配风不符合要求. 3.富氧燃烧简介 利用含氧浓度高于空气(含氧20.9% )的富氧空气进行燃烧,称为富氧燃烧(oxygen enriched combustion) ,简称OEC.用90%氧浓度助燃,称为纯氧助燃. 其中膜法富氧制取技术是利用混合气体中不同组分的气体分子通过富氧膜速度不同(透过富氧膜时的速度要比氮快2~10倍)的原理,来获得较高含氧浓度的 空气 .通常空气中氧气含量约是20.9%,而富氧燃烧技术采取巧妙的局部增氧集成工艺即使用膜法富氧技术得到的氧含量在28%~ 31%. OEC技术能提高燃烧火焰温度,见图2,提高生产热负荷、热效率,降低废气及NOX排放, 提高传热效率.国内外研究资料表明,富氧浓度在26%~30%之间每提升一个百分点火焰温度提高35℃. 图2 富氧浓度与火焰温度(K)的关系 这种情况下,燃烧用 空气 (新风)中氧气的百分含量已经改变,再使用公式①测算排烟处过剩空气系数必然不合理,用此测算结果对照节能监测标准评价设备燃烧配风的合理性必然造成误导,不利于炉窑经济运行的合理调节. 4.富氧燃烧空气系数的修正 4.1实需空气量 燃料燃烧实际是需要和配风中氧气进行反应,所以当配风中氧气含量发生改变时,需要配风 空气量 应是: ………………② 式中: V0――单位燃料需要理论空气量,m3/kg或m3/m3;